224_p2490-01_D1_987

них твердых осадков. Увлажнение в нижней минеральной части западины близко к увлажненности бугра. Влажность почвы бугра стабильна по всему профилю, за исключением гумусового горизонта. Повышенная влажность в западинах ведет к большому расходу в них тепла на испарение, что, в сочетании с инверсией температур в приземном слое воздуха, является причиной снижения в почвах температуры на 3–4 оС [Шульгин, 1972]. Наиболее контрастными по степени увлажненности были черноземы.

При подсчете запасов подвижных форм азота выявилось, что на буграх как в лесу, так и в степи его количество выше, чем в западинах, что объясняется глубоким разложением органики вплоть до частичной минерализации гумуса. При этом происходит высвобождение питательных элементов, поступление их в почвенный раствор и, как следствие, потребление растениями.

Однако укосы надземной массы показывают, что растительность на буграх находится в угнетенном состоянии, по сравнению с западинами, что объясняется значительными колебаниями температуры и влажности почв бугров в верхней корнеобитаемой части, что неблагоприятно сказывается на всхожести семян и дальнейшем росте растений. С процессами дефляции и водной эрозии, в результате бокового стока, происходит перемещение значительного количества питательных элементов с бугров в западины, где затем поглощаются растительностью или мигрируют вниз по профилю.

При отмирании растительности в западинах, в связи с холодностью почв, их повышенной увлажненностью, большой устойчивостью гумуса, развитием здесь густого травянистого покрова, их низкой биологической активностью, темпы разложения органического вещества замедлены. За счет травяного покрова создается основное различие в круговороте зольных элементов и органического вещества в данных почвах.

Из подстилки почв западин (разрезы 1, 7) поступает значительно больше водорастворимого органического вещества, чем из подстилки бугров (разрезы 2, 8), причем в лесу его на порядок образуется больше, чем в степном ландшафте (рис. 41). В результате чего усиливается аккумуляция органического вещества в гумусовых горизонтах западин. Питательные элементы здесь находятся в труднодоступной для растений форме.

110

7.2. КОЛИЧЕСТВЕННО-КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ МИКРООРГАНИЗМОВ

Различия в структуре микробоценозов обусловлены, прежде всего, составом фитоценозов. На целине весной и ранним летом при оптимуме тепла и влаги бурно накапливается растительная масса и в то же время интенсивно происходит жизнедеятельность микроорганизмов, способствующих минерализации определенной части гумуса. В конце же вегетационного периода в почву поступают остатки растений и микроорганизмов – новые продукты образования гумуса. Сезонный ритм разложения и новообразования гумуса на пашне значительно нарушен, да и состав органических остатков здесь другой. Изменяются тепловой и воздушный режимы почвы, в той или иной степени идет перемешивание ее слоев.

В целинных и освоенных почвах Южного Предбайкалья, осложненных бугристо-западинным микрорельефом изучались различные функциональные группы гидролитиков (гидролизуют сложные полимеры), олиготрофов (растут в безазотистом питательном субстрате), копиотрофов (быстрорастущие бактерии за счет активной утилизации органических веществ) [Гузев, 1988].

Подразделяя структуру микробных сообществ на экологотрофические группы, следует учитывать, что большинство микроорганизмов в почве находятся в виде ассоциаций, и партнерами могут быть представители различных таксономических и экологотрофических групп. В зависимости от природно-климатических условий может изменяться количественно-качественная и экологогеографическая структура микробиоценозов [Развитие представле-

ний ..., 1999].

Кроме эколого-географических особенностей микробиоценозы почв характеризуются определенной стратиграфической структурой [Развитие представлений ..., 1991]. В почвенном ярусе численность большинства групп микроорганизмов значительно меньше, чем в наземном ярусе, причем плотность их убывает вниз по профилю, поэтому при микробиологическом анализе почв, в большинстве случаев, исследуются верхние, органогенные горизонты [Звягинцев и др.,

1994].

Проведенные микробиологические исследования органогенных горизонтов дерновых лесных почв и черноземов бугристозападинного рельефа Южного Предбайкалья выявили ряд особенностей и показали значительные различия в количественном и качественном составе микроорганизмов (табл. 15).

112

Таблица 15

Количественный состав микробных сообществ

МПА – мясо-пептонный агар; КАА – крахмало-аммиачная среда; титр – наименьшее количество почвы (г), в котором обнаружены микроорганизмы

Так, численность копиотрофов, бысторастущих аммонификаторов, в гумусовых горизонтах дерновых лесных почв на бугре составляет – 800 тыс. КОЕ/г (колоний образующих единиц/г почвы). В западине при больших запасах гумуса их количество не превышает 190 тыс. КОЕ/г.

В черноземе общая численность аммонификаторов намного выше, чем в дерновой лесной почве, но закономерность в отношении повышений и понижений сохраняется, что связано с особенностями температурного и воздушного режимов почв бугров и западин. Общее количество бактерий, минерализующих органику, в гумусовом горизонте чернозема на бугре составляет – 1600 КОЕ/г, в западине – 320 тыс. КОЕ/г. Погребенные гумусовые горизонты как

113

дерновых лесных почв, так и черноземов характеризуются низким содержанием аммонификаторов. Это объясняется высокой конденсированностью гумуса, малой доступностью его для бактерий, а также повышенной влажностью и недостатком кислорода.

Актиномицетов, растущих на синтетической крахмалоаммиачной среде (КАА) и характеризующих глубину процессов минерализации органики, в верхних горизонтах дерновых лесных почв содержится 23 тыс. КОЕ/г на бугре и 5 тыс. КОЕ/г в западине. В черноземах их количество на порядок выше, что объясняется эко- лого-трофическими условиями среды обитания. При этом в черноземе, в отличие от дерновой лесной почвы, численность актиномицетов в меньшей степени зависит от рельефа местности. В погребенных горизонтах обоих типов почв актиномицеты вообще не обнаружены или присутствуют (в черноземе) в небольшом количестве.

Значимых различий в количественном составе микроскопических плесневых грибов-гидролитиков между буграми и западинами не прослеживается. Максимальное их количество обнаружено в гумусовых горизонтах дерновых лесных почв, с глубиной их численность резко снижается. Верхние горизонты черноземов содержат примерно одинаковое небольшое количество микромицетов. Однако с глубиной на бугре их численность резко снижается, в западине, наоборот, увеличивается. По-видимому, определяющими факторами в данном случае являются содержание гумуса и увлажненность почв.

Максимальное количество олигонитрофилов, т. е. олиготрофных бактерий, довольствующихся очень малыми «олиго» дозами в виде следов азота, способных к фиксации молекулярного азота, в дерновой лесной почве обнаружено на бугре. В черноземе подобной зависимости от рельефа не просматривается. Однако общей закономерностью для обоих типов почв является очень низкая численность олигонитрофилов в погребенных горизонтах, а также полное отсутствие здесь нитрификаторов. В остальных же горизонтах титр нитрифицирующих бактерий составляет в среднем 0,1 в дерновой лесной почве, что в десять раз меньше, чем в черноземе. В то же время денитрификаторы как факультативно-анаэробные, так и строгие анаэробы (рода Clostridium), присутствуют в значительных количествах во всех горизонтах исследуемых почв независимо от микрорельефа. Денитрификаторы, как известно, широко распространены в почвах, испытывающих повышенную влажность. В нашем случае это касается дерновой лесной почвы, влажность которой колеблется в верхних горизонтах от 20 до 62 %, что превосходит увлажненность черноземов в 1,5–2 раза.

114

Одной из провинциальных особенностей почв Южного Предбайкалья является повышенная гумусированность верхнего горизонта. Запасы гумуса в 0–20-сантиметровом слое дерновой лесной почвы в 1,5–2 раза выше, чем в черноземе. С глубиной биологическая активность почв снижается, причем более резко, чем сокращение запаса органического вещества. Последнее обстоятельство в значительной мере связано с температурой почв. В черноземах юга Предбайкалья температура никогда не достигает оптимума (20–25 оС) для активной жизнедеятельности микроорганизмов (исключая слой 0–10 см), поэтому их биологическая активность никогда не поднимается до максимального уровня, наблюдаемого в условиях европейской части страны, при этом они имеют довольно высокую биологическую активность. Однако продолжительность интенсивного ее проявления намного короче, чем в западных районах страны, это и определяет более низкие темпы мобилизации элементов пищи растений [Белых, 1988].

В результате исследований выявилось, что в дерновых лесных почвах основную долю в микробных сообществах составляют неспорообразующие бактерии и грибы. Содержание спорообразующих форм бактерий, обладающих более мощным ферментативным аппаратом и разлагающих трудномобилизуемые вещества, выше в черноземах. О более глубоком и интенсивном превращении органического вещества в черноземе свидетельствует также высокая численность актиномицетов.

Влияние бугристо-западинного рельефа на количественнокачественные микробиологические параметры дерновых лесных почв и черноземов проявилось в том, что оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов большинства экологотрофических и морфологических групп, создаются на буграх соответствующего типа почвы, что связано с более благоприятным для микроорганизмов температурным режимом почв. В то же время максимальная численность микромицетов-гидролитиков отмечена в понижениях с высоким содержанием влаги и гумуса.

При воздействии такого мощного антропогенного фактора, как вспашка, в дерновой лесной почве не прослеживается резкого изменения количественной структуры микробиоты, поскольку формирование дерновых лесных почв идет под пологом разнотравного леса, и почвообразовательные процессы здесь протекают более сглажено. Хотя различия между буграми и западинами по микробиологическим показателям сохраняются.

115

При распахивании чернозема наблюдается значительное возрастание численности микроорганизмов всех эколого-трофических групп, особенно аммонифицирующих бактерий. При этом сохраняется преимущественное развитие микробиоты на буграх. По мнению ряда авторов [Артамонова, 2002; Полянская, Звягинцев, 2006], активное разложение органики в свежевспаханных черноземах со временем приводит к снижению трофических резервов в старопахотных почвах и затуханию микробиологических и биохимических процессов, а следовательно, к снижению почвенного плодородия.

7.3. ФИТОТОКСИЧНОСТЬ ПОЧВ

Наличие микроорганизмов определяется не только запасами органического вещества, но и его подвижностью. Как показал опыт с прорастанием семян редиса в водной вытяжке, полученной из гумусовых и погребенных горизонтов, из подстилки почв западин поступает значительно больше водорастворимого органического вещества, чем из подстилки бугров, обладающего, как известно, биостимулирующим действием.

Как видно из данных таблицы 16, наибольший процент прорастания соответствует почвам западин.

Таблица 16 Процент прорастания семян редиса «дуро» в водной вытяжке исследуемых

почв (количество семян – 10 шт.)

116

Через три дня посадки процент прорастания одинаков в дерновых лесных почвах и черноземах. Однако уже через 9 дней заметно, что количество проросших семян больше в почве под лесом, что подтверждает наибольшую подвижность органического вещества в дерновых лесных почвах.

В черноземах происходит закрепление вновь образующегося водорастворимого органического вещества тонкодисперсной частью почвы. В контроле с дистиллированной водой прорастание семян было самым низким, что подтверждает стимулирующую роль органического вещества. Контролем служила дистиллированная вода.

Как было отмечено, одной из провинциальных особенностей почв Южного Предбайкалья является повышенная гумусированность верхнего горизонта, однако продолжительный период пониженной активности микроорганизмов обусловливает замедление процессов минерализации органического вещества. Кратковременные периоды с оптимальными гидротермическими условиями благоприятны лишь для гумификации растительных остатков, но этого оказывается недостаточно для более полного разложения органических веществ, что приводит к их консервации в повышенных количествах, особенно в западинах.

На скорость распада органических веществ в почве влияет химический состав, а также комплекс условий, в которых протекает этот процесс: влажность, температура, реакция среды, питательный режим. Установлено, что для большинства групп микроорганизмов является характерным уменьшение их численности с глубиной, и этот процесс выражен резче, чем уменьшение гумуса. Максимальная биологическая активность проявилась на глубине 0–25 см в дерновой лесной почве и 0–40 см в черноземе.

7.4. ЦЕЛЛЮЛОЗОРАЗРУШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ

Об интенсивности процессов трансформации органического вещества судят не только по степени насыщенности почв микроорганизмами. Известно, что микроорганизмы могут находиться в почве в неактивном состоянии. Показателями биохимической активности почв являются интенсивность разложения азотистых и безазотистых соединений, накопление аминокислот, выделение углекислоты, ферментативная активность и целлюлозоразрушающая способность почв.

Интенсивность целлюлозоразрушающей активности почв определяют по разности весов контрольного неэкспонированного в почве лоскута ткани и одинакового размера лоскутов, вырезанных из

117

извлеченной их почвы полосы ткани. Активность выражается в процентах и определяется по горизонтам профиля почвы [Гельцер, 1986].

Результаты исследований целлюлозоразрушающей способности почв подтвердили общую закономерность, по мере углубления интенсивность распада ткани уменьшается, что находится в соответствии с сокращением содержания гумуса и микроорганизмов (табл. 17).

Таблица 17

Физико-химические свойства и целлюлозоразрушающая способность дерновых лесных, серых ленных почв и черноземов (срок наблюдений: июль – август)

Отмечено, что в пределах почвенного комплекса скорость разложения ткани неодинакова. На фоне пониженного содержания влаги и гумуса в почвах бугров, интенсивность разложения клетчатки оказалась наиболее высокой, особенно в черноземе. Данное явление объясняется различиями в температурном и питательном режиме компонентов почвенного комплекса. Летом в период максимальной биологической активности температура в гумусовом горизонте на буграх на 2–5о выше, влажность в 1,5–2 раза ниже соседних западин, что улучшает аэрацию почвы и обеспечивает хороший доступ кислорода.

118

Активная целлюлозоразрушающая способность почв на буграх хорошо согласуется с повышенным в них содержанием нитратов, так как энергия распада клетчатки зависит не только от активности целлюлозоразрушающих микроорганизмов почвы, но и от степени мобилизации азота в почве [Мишустин, Петров, 1963].

Вчерноземе на бугре количество нитратного азота оказалось в 4 раза выше, чем в дерновой лесной почве, так как почвы открытых ландшафтов в летне-осенний период теплее почв под лесом. Наибольшая биологическая активность отмечена на глубине 0–25 см в дерновой лесной и серой лесной почве и 0–40 см в черноземе, с глубиной целлюлозоразрушающая способность резко падает.

Взападинах отмечен очень медленный распад хлопчатобумажного полотна, хотя эти почвы обладают внушительными запасами органического вещества и высокой влажностью. Более низкие, чем на бугре температуры, усиление анаэробных процессов, кислая реакция среды затормаживают темп биологической активности. Убыль сухого вещества в гумусовом горизонте западины составила 19 % в дерновой лесной почве и 15 % в черноземе.

По исследованиям А. Г. Белых [1988], целлюлозоразрушающие микроорганизмы в приангарских черноземах в основном представлены бактериями, которые разлагают клетчатку в течение всего вегетационного периода до глубины 0–30 см, а в нижележащих горизонтах этот процесс фактически отсутствует.

7.5. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ

Полевой (аппликационный) метод определения суммарной биологической активности почв (БАП) по интенсивности разложения клетчатки был подтвержден экспресс-методом определения биологической активности почвы по Т. В. Аристовской и М. В. Чугуновой [1989]. Сущность метода сводится к тому, что регистрируется скорость (в часах) разложения азотсодержащего органического соединения (мочевины) и изменения рН на 1,5–2 единицы. Данная методика считается весьма чувствительной и позволяет не только выявить различия между контрастными в тех или иных отношениях объектами, но и дифференцировать по биологической активности почвы со сходными свойствами (табл. 18).

119